JP2011043154A - Control device - Google Patents

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Takahiro Iida
隆弘 飯田
Tokio Ito
登喜夫 伊藤
Naohide Murakami
直英 村上
Jin Tomosada
仁 友定
Kenta Ishihara
健太 石原
Hiroshi Enomoto
弘 榎本
Toshiro Itatsu
俊郎 板津
Atsushi Morikawa
淳 森川
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Daihatsu Motor Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve controllability and exhaust in a transition zone by preventing increase of the absolute value of a switching function vector calculated based on a state variable in control of an internal combustion engine or a device accompanying the same by utilizing a sliding mode controller for repetitively calculating linear input and non-linear input with reference to the state variable as the time integral of the deviation of a control output and its target value. <P>SOLUTION: A control device (ECU) for controlling the internal combustion engine or the device accompanying the same includes a sliding mode controller, and a correction control part for stopping updating of the state variable when a condition of having the absolute value of the change amount of a control output corresponding to the change amount of the non-linear input lower than a predetermined threshold value satisfied with the premise that a switching function vector calculated based on a state variable is changed by a predetermined change amount, and resuming updating of the state variable when the deviation of the control output and its target value changes from plus to minus or minus to plus in the period with updating of the state variable stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine or a device attached thereto.

下記特許文献1に開示されている排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)システムは、過給機を備えた内燃機関のEGR率(または、EGR量)を制御するものである。過給圧とEGR率との間には相互干渉が存在し、1入力1出力のコントローラで過給圧、EGR率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ(むだ時間)がある。このような事情から、特許文献1に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した多入力多出力のコントローラを設計してEGR制御をしている。   An exhaust gas recirculation system disclosed in Patent Document 1 below controls an EGR rate (or EGR amount) of an internal combustion engine equipped with a supercharger. There is mutual interference between the supercharging pressure and the EGR rate, and it is difficult to simultaneously control both the supercharging pressure and the EGR rate with a one-input one-output controller. In addition, the responsiveness varies depending on the operation region of the internal combustion engine, and the turbocharger has a turbo lag (dead time). Under such circumstances, the system described in Patent Document 1 employs sliding mode control, which is an effective control method for a non-linear control target, and designs a multi-input multi-output controller that takes into account the interaction. I have control.

制御出力の実測値とその目標値との間に偏差が残存している場合に、スライディングモードコントローラはこの偏差を小さくすべく操作部を操作する。ここで、スライディングモードコントローラは、例えば、制御出力の目標値と実測値との偏差の時間積分を状態変数とし、この状態変数を参照して制御入力Uの要素である線形入力Ueq及び非線形入力Unlを反復的に演算する。 When a deviation remains between the measured value of the control output and the target value, the sliding mode controller operates the operation unit to reduce this deviation. Here, the sliding mode controller uses, for example, the time integration of the deviation between the target value of the control output and the actual measurement value as a state variable, and refers to this state variable to the linear input U eq and the nonlinear input as elements of the control input U. U nl is iteratively calculated.

非線形入力Unlを算出式には、チャタリングの発生を予防するための平滑化係数を導入することが通例である。このとき、前記非線形入力Unlは、切換関数ベクトルσの関数であり、この切換関数ベクトルσの各成分の絶対値が大きくなると、切換関数ベクトルσの各成分の変化量に対する非線形入力項Unlの変化量が小さくなる傾向がある。 In general, a smoothing coefficient for preventing the occurrence of chattering is introduced into the formula for calculating the nonlinear input Unl . At this time, the nonlinear input U nl is a function of the switching function vector σ, and when the absolute value of each component of the switching function vector σ increases, the nonlinear input term U nl with respect to the amount of change of each component of the switching function vector σ. The amount of change tends to be small.

制御出力の目標値と実測値との偏差が残っている場合、偏差の時間積分の絶対値が増大するとともに、σ=SXe(Sは切換超平面を構成する行列、Xeは状態量ベクトル)の関係により、切換関数ベクトルσの各成分の絶対値も増大し続ける。これに対して、制御入力の変化量は小さくなるので、制御出力の変化量も小さくなり、制御出力の偏差は収束せずに残り続ける。 When the deviation between the target value of the control output and the actual measurement value remains, the absolute value of the time integration of the deviation increases and σ = SX e (S is a matrix constituting the switching hyperplane, and X e is the state quantity vector. ), The absolute value of each component of the switching function vector σ continues to increase. On the other hand, since the change amount of the control input becomes small, the change amount of the control output also becomes small, and the deviation of the control output remains without converging.

このため、切換関数ベクトルσの各成分の絶対値はさらに大きくなり続け、極端な値をとることがある。その後、制御出力の偏差の正負が反転しても、上述したようにσの各成分の変化量に対する非線形入力項Unlの変化量は小さく、従って制御出力の目標値への到達に時間がかかる。これに起因して、過渡域での制御性、及び排気ガスが悪化する等の不具合が発生する。 For this reason, the absolute value of each component of the switching function vector σ continues to increase further and may take an extreme value. Thereafter, even if the polarity of the deviation of the control output is reversed, as described above, the change amount of the nonlinear input term Unl with respect to the change amount of each component of σ is small, and therefore it takes time to reach the target value of the control output. . As a result, problems such as controllability in the transition region and exhaust gas deterioration occur.

特開2007−032462号公報JP 2007-032462 A

上記に着目してなされた本発明は、状態変数の絶対値が大きくなり続けることにより発生する不具合の発生を未然に防ぐことを所期の目的としている。   The present invention, which has been made paying attention to the above, is intended to prevent the occurrence of problems that occur when the absolute value of the state variable continues to increase.

本発明に係る制御装置は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御するものであって、制御出力とその目標値との偏差の時間積分を状態変数とし、その状態変数を参照して線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラと、前記状態変数に基づき算出される切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量の絶対値が所定の閾値を下回るという条件が成立した際に状態変数の更新を停止するとともに、状態変数の更新を停止している期間において前記制御出力とその目標値との偏差の正負が変化した際に状態変数の更新を再開する補正制御部とを具備することを特徴とする。   A control device according to the present invention controls an internal combustion engine or a device attached thereto, and uses a time integral of a deviation between a control output and its target value as a state variable, and refers to the state variable for linear input and A sliding mode controller that repeatedly calculates a nonlinear input, and a control output corresponding to the amount of change in the nonlinear input that occurs when it is assumed that the switching function vector calculated based on the state variable has changed by a predetermined amount of change. When the condition that the absolute value of the change amount falls below a predetermined threshold is satisfied, the update of the state variable is stopped, and the sign of the deviation between the control output and the target value during the period when the update of the state variable is stopped And a correction control unit that restarts the update of the state variable when the value changes.

本発明では、前記切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定した時に生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量の絶対値が所定の閾値を下回るという条件が成立した際、換言すれば、切換関数ベクトルの所定量の変化が前記制御出力に与える影響が無視できるほどに小さい領域に達した際に、状態変数の更新を停止することにより、切換関数ベクトルの各成分の絶対値の増大を抑制する。その上で、状態変数の更新を停止している期間において、制御出力とその目標値との偏差の正負が変化した際に状態変数の更新を再開することにより、非線形入力を偏差の正負が変化する以前とは逆方向に速やかに変化させることができる。従って、過渡域での制御性、及び排気ガスの改善を図ることができる。   In the present invention, when the condition that the absolute value of the change amount of the control output corresponding to the change amount of the nonlinear input generated when it is assumed that the switching function vector has changed by a predetermined change amount falls below a predetermined threshold value is satisfied. In other words, when reaching a region where a change in a predetermined amount of the switching function vector has a negligible influence on the control output, by stopping the update of the state variable, each component of the switching function vector is stopped. Suppresses the increase in absolute value. In addition, when the sign of the deviation between the control output and its target value changes during the period when the update of the state variable is stopped, the sign of the deviation changes in the nonlinear input by resuming the update of the state variable. Can be quickly changed in the opposite direction. Therefore, controllability in the transition region and exhaust gas can be improved.

また、複数の制御出力を制御するとともに、前記状態変数及び閾値を制御出力ごとに設定しているものであって、前記状態変数の更新の停止及び再開を状態変数ごとに行うものであれば、一つの状態変数の更新を停止しても、他の状態変数の更新は続行できる。すなわち、一つの状態変数の更新を停止することによる他の状態変数に対応する制御出力の制御への悪影響を防止できる。   Further, while controlling a plurality of control outputs, the state variables and thresholds are set for each control output, and if the state variables are stopped and restarted for each state variable, Even if updating of one state variable is stopped, updating of other state variables can continue. That is, it is possible to prevent the adverse effect on the control of the control output corresponding to the other state variables by stopping the update of one state variable.

一方、内燃機関またはそれに付帯する装置を、複数の操作部を操作して制御しているとともに、前記閾値と比較する対象の前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量を操作部ごとに設定しているものであって、前記状態変数に基づき算出される切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量のうち、いずれか1つの操作部に対応する成分の変化量が所定の閾値を下回るという条件が成立した際に状態変数の更新を停止するものであれば、状態変数の更新を停止する条件を操作部ごとに設定でき、切換関数ベクトルの各成分の絶対値が極端な値をとる前に、その増大を阻止することができる。なお、「前記閾値と比較する対象の前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量を操作部ごとに設定している」とは、前記成分が切換関数ベクトルの各成分に対応する項の和で示される場合に、各項に対して前記制御出力の変化量を設定していることを含む概念である。また、「いずれか1つの操作部に対応する成分の変化量が所定の閾値を下回るという条件」とは、前記成分が切換関数ベクトルの各成分に対応する項の和で示される場合に、いずれかの項が所定の閾値を下回るという条件と含む概念である。   On the other hand, the internal combustion engine or the device attached thereto is controlled by operating a plurality of operation units, and the amount of change in the control output corresponding to the amount of change in the nonlinear input to be compared with the threshold is determined for each operation unit. Of the change amount of the control output corresponding to the change amount of the non-linear input that occurs when it is assumed that the switching function vector calculated based on the state variable has changed by a predetermined change amount. If the condition that the amount of change in the component corresponding to any one of the operation units falls below a predetermined threshold is satisfied, if the state variable update is stopped, the condition for stopping the state variable update is operated. It can be set for each part, and the increase can be prevented before the absolute value of each component of the switching function vector takes an extreme value. “The amount of change in the control output corresponding to the amount of change in the nonlinear input to be compared with the threshold value is set for each operation unit” means that the component corresponds to each component of the switching function vector. This is a concept including setting the change amount of the control output for each term. In addition, “the condition that the amount of change in the component corresponding to any one operation unit is lower than a predetermined threshold” means that when the component is indicated by the sum of terms corresponding to each component of the switching function vector, This is a concept including the condition that the term is below a predetermined threshold.

本発明に係る制御装置では、前記切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定した時に生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量の絶対値が所定の閾値を下回るという条件が成立した際、換言すれば、切換関数ベクトルの所定量の変化が前記制御出力に与える影響が無視できるほどに小さい領域に達した際に状態変数の更新を停止することにより、切換関数ベクトルの各成分の絶対値の増大を抑制する。その上で、状態変数の更新を停止している期間において、制御出力とその目標値との偏差の正負が変化した際に状態変数の更新を再開することにより、非線形入力を偏差の正負が変化する以前とは逆方向に速やかに変化させることができる。従って、過渡域での制御性、及び排気ガスの改善を図ることができる。   In the control device according to the present invention, the condition that the absolute value of the change amount of the control output corresponding to the change amount of the nonlinear input that occurs when it is assumed that the switching function vector has changed by a predetermined change amount is below a predetermined threshold value. In other words, by stopping the update of the state variable when reaching a region where the influence of the change of the predetermined amount of the switching function vector on the control output is negligible, the switching function vector Suppresses the increase in absolute value of each component. In addition, when the sign of the deviation between the control output and its target value changes during the period when the update of the state variable is stopped, the sign of the deviation changes in the nonlinear input by resuming the update of the state variable. Can be quickly changed in the opposite direction. Therefore, controllability in the transition region and exhaust gas can be improved.

本発明の一実施形態におけるEGRシステムのハードウェア資源構成図。The hardware resource block diagram of the EGR system in one Embodiment of this invention. 同実施形態の制御装置の構成説明図。Configuration explanatory drawing of the control apparatus of the embodiment. 同実施形態のスライディングモードコントローラのブロック線図。The block diagram of the sliding mode controller of the embodiment. 切換関数と非線形出力との関係を例示する図。The figure which illustrates the relationship between a switching function and a nonlinear output. 各制御入力と各制御出力との関係を定めたマップを例示する図。The figure which illustrates the map which defined the relationship between each control input and each control output. 可変ターボのノズル開度とEGR率との関係を定めたマップを例示する図。The figure which illustrates the map which defined the relationship between the nozzle opening degree of a variable turbo, and an EGR rate. 同実施形態の制御装置が実行するプログラムの処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a process of the program which the control apparatus of the embodiment performs.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示すものは、本発明の適用対象の一であるEGRシステムである。内燃機関2に付帯するこのEGRシステムは、吸排気系3、4における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器(または、センサ)11、12と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部45、42、33を操作する制御装置たるECU(Electronic Control Unit)5とを具備してなる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. What is shown in FIG. 1 is an EGR system that is one of the objects to which the present invention is applied. This EGR system attached to the internal combustion engine 2 includes measuring devices (or sensors) 11 and 12 for detecting values related to a plurality of fluid pressures or flow rates in the intake and exhaust systems 3 and 4, and target values for these values. An ECU (Electronic Control Unit) 5 serving as a control device that operates the plurality of operation units 45, 42, and 33 to set each value and follow the target value is provided.

内燃機関2は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関2の吸気系3には、可変ターボのコンプレッサ31を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ32、及び吸入空気(新気)量を調節するDスロットルバルブ33を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計11、吸気管内圧力を計測する圧力計12をそれぞれ設置する。   The internal combustion engine 2 is a diesel engine equipped with a supercharger, for example. The intake system 3 of the internal combustion engine 2 is provided with a variable turbo compressor 31 and an intercooler 32 for intake air cooling and a D throttle valve 33 for adjusting the intake air (fresh air) amount downstream thereof. Further, a flow meter 11 for measuring the intake air amount and a pressure meter 12 for measuring the intake pipe pressure are installed.

内燃機関2の排気系4には、コンプレッサ31を駆動するタービン41を配設し、タービン41の入口には過給機のA/R比を増減させるための可変ターボのノズル42を設ける。また、タービン41の下流にはDPF(Diesel Particulate Filter)(図示せず)を設置する。そして、内燃機関2の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系3に還流させるEGR通路43を形成する。EGR通路43は、吸気系3におけるDスロットルバルブ33よりも下流に接続する。EGR通路43には、排気冷却用のEGRクーラ44と、通過するEGRガス量を調節する外部EGRバルブ45とを設ける。   A turbine 41 for driving the compressor 31 is disposed in the exhaust system 4 of the internal combustion engine 2, and a variable turbo nozzle 42 for increasing / decreasing the A / R ratio of the supercharger is provided at the inlet of the turbine 41. A DPF (Diesel Particulate Filter) (not shown) is installed downstream of the turbine 41. Then, an EGR passage 43 for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine 2 to the intake system 3 is formed. The EGR passage 43 is connected downstream of the D throttle valve 33 in the intake system 3. The EGR passage 43 is provided with an EGR cooler 44 for cooling the exhaust, and an external EGR valve 45 that adjusts the amount of EGR gas that passes therethrough.

本実施形態では、EGR率(または、EGR量)と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちEGRバルブ45、可変ターボのノズル42及びDスロットルバルブ33を操作する制御を実施する。   In the present embodiment, a target value is set for each of the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure, and a plurality of operation units, that is, an EGR valve 45, Control for operating the variable turbo nozzle 42 and the D throttle valve 33 is performed.

EGRバルブ45、可変ターボのノズル42、Dスロットルバルブ33は、ECU5により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部45、42、33は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。   The EGR valve 45, the variable turbo nozzle 42, and the D throttle valve 33 are controlled by the ECU 5 to change the opening thereof linearly. Each operation unit 45, 42, 33 is combined with an electric valve that changes the opening by increasing or decreasing the duty ratio of the drive signal, or a vacuum control valve, etc. It uses mechanical valves that change.

ECU5は、プロセッサ、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)またはフラッシュメモリ、A/D変換回路、D/A変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ECU5は、EGR率及び吸気管内圧力を検出するための計測器11、12の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器(図示せず)と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。   The ECU 5 is a microcomputer including a processor, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, and the like. In addition to the measuring instruments 11 and 12 for detecting the EGR rate and the pressure in the intake pipe, the ECU 5 detects various measuring instruments for detecting the engine speed, the amount of depression of the accelerator pedal, the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, etc. (Not shown) can be electrically connected to each other to receive signals output from these measuring instruments to obtain each value.

因みに、本実施形態では、EGR率を直接計測していない。内燃機関2のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル42の開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をgcylとおき、流量計11で計測される吸入空気量をgaとおくと、推定EGR率eegrについて、eegr=1−ga/gcylなる関係が成立する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル42の開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ECU5は、可変ターボのノズル42の開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してEGR率を算出する。   Incidentally, in this embodiment, the EGR rate is not directly measured. The amount of air entering the cylinder of the internal combustion engine 2 can be predicted based on the opening of the variable turbo nozzle 42. When the predicted value of the air amount is set as gcyl and the intake air amount measured by the flow meter 11 is set as ga, the relationship of eegr = 1−ga / gcyl is established for the estimated EGR rate eegr. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data that defines the relationship between the opening degree of the variable turbo nozzle 42 and the amount of air entering the cylinder. The ECU 5 searches the map using the opening of the variable turbo nozzle 42 as a key, obtains a predicted value of the amount of air entering the cylinder, and substitutes this and the intake air amount into the above equation to calculate the EGR rate.

並びに、ECU5は、EGRバルブ45、可変ターボのノズル42、Dスロットルバルブ33や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等(図示せず)と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。   In addition, the ECU 5 is electrically connected to an EGR valve 45, a variable turbo nozzle 42, a D throttle valve 33, an injector that controls fuel injection, a fuel pump, and the like (not shown). A signal can be input.

ECU5で実行するべきプログラムはROMまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にRAMへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ECU5は、プログラムに従い内燃機関2を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量(いわば、エンジン負荷)を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ECU5は、プログラムに従い、図2及び図3に示すサーボコントローラ51及び補正制御部52としての機能を発揮する。   A program to be executed by the ECU 5 is stored in advance in a ROM or a flash memory, and is read into the RAM at the time of execution and is decoded by the processor. The ECU 5 controls the internal combustion engine 2 according to a program. For example, the required fuel injection amount (in other words, engine load) is determined based on various conditions such as engine speed, accelerator pedal depression amount, and coolant temperature, and a drive signal corresponding to the required injection amount is input to an injector or the like. And control the fuel injection. In addition, the ECU 5 exhibits functions as the servo controller 51 and the correction control unit 52 shown in FIGS. 2 and 3 according to the program.

サーボコントローラ51は、スライディングモードコントローラであって、EGR率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ECU5は、各種計測器(図示せず)が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標EGR率及び目標吸気管内圧力を設定する。ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ECU5は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、EGR率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。   The servo controller 51 is a sliding mode controller and is responsible for the sliding mode control of the EGR rate and the intake pipe pressure. During feedback control, the ECU 5 receives signals output from various measuring instruments (not shown), and knows the engine speed, accelerator depression amount, cooling water temperature, intake air temperature, external temperature and pressure, etc., and the required injection amount To decide. Subsequently, the target EGR rate and the target intake pipe pressure are set based on at least the engine speed and the required injection amount. The ROM or flash memory of the ECU 5 stores in advance map data indicating each target value to be set according to the engine speed and the required injection amount. The ECU 5 searches the map using the engine speed and the required injection amount as keys, and obtains target values for the EGR rate and the intake pipe pressure. Further, the target value obtained by referring to the map is set as a basic value, and this is corrected according to the cooling water temperature, the intake air temperature, the outside air temperature, the atmospheric pressure, and the like to obtain the final target value.

そして、ECU5は、計測器11、12が出力する信号を受け取ってEGR率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からEGRバルブ45の開度、可変ターボのノズル42の開度及びDスロットルバルブ33の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部45、42、33に入力、開度を操作する。   Then, the ECU 5 receives signals output from the measuring instruments 11 and 12 to obtain the current values of the EGR rate and the intake pipe pressure, and the opening of the EGR valve 45 from the deviation between the current value of each control variable and the target value. Then, the opening of the variable turbo nozzle 42 and the opening of the D throttle valve 33 are calculated, and a drive signal corresponding to each operation amount is input to the operation units 45, 42, 33 to operate the opening.

EGR率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式(数1)の通りである。   A supplementary explanation will be given regarding adaptive sliding mode control of the EGR rate. The state equation and the output equation are as shown in the following equation (Equation 1).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

本実施形態では、状態量ベクトルXを出力ベクトルYから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器11、12を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Cは既知、本実施形態では単位行列とする。   In this embodiment, the state quantity vector X has a structure that can be directly obtained from the output vector Y. In other words, a value that can be detected via the measuring instruments 11 and 12 is directly controlled, so that the state estimation observer. This prevents the deterioration of the control performance due to the estimation error. The output matrix C is known, and is a unit matrix in this embodiment.

プラントのモデル化、即ち状態方程式(数1)における係数行列A及び入力行列Bの同定にあたっては、各操作部45、42、33に様々な周波数からなるM系列信号を入力して開度を操作し、EGR率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列A、Bを同定する。各操作部45、42、33に入力するM系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。   In plant modeling, that is, identification of the coefficient matrix A and the input matrix B in the state equation (Equation 1), the opening degree is manipulated by inputting M-sequence signals having various frequencies to the operation units 45, 42, and 33. Then, the values of the EGR rate and the intake pipe pressure are observed, and the matrices A and B are identified from the input / output data. It is assumed that the M-sequence signals input to the operation units 45, 42, and 33 are uncorrelated with each other. This makes it possible to create a model that takes into account the mutual interference between the values.

図3に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ51の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。1形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルXに、目標値ベクトルRと出力ベクトルYとの偏差の積分値ベクトルZを付加した新たな状態量ベクトルXeを定義すると、下式(数2)に示す拡大系の状態方程式を得る。 FIG. 3 shows a block diagram of the adaptive sliding mode control system of the present embodiment. The design procedure of the sliding mode controller 51 includes the design of the switching hyperplane and the design of a nonlinear switching input for constraining the state quantity to the switching hyperplane. If a new state quantity vector Xe is defined by adding an integral value vector Z of the deviation between the target value vector R and the output vector Y to the original state quantity vector X in order to constitute a type 1 servo system, The equation of state of the expanded system shown in (Expression 2) is obtained.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式(数2)の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式(数3)で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ=0かつ式(数4)が成立する。   In consideration of the stability margin, the design method using the zero of the system is used to design the switching hyperplane. That is, the hyperplane is designed so that the equivalent control system is stable when the expansion system of the above equation (Equation 2) is generating the sliding mode. When the switching function σ is defined by Expression (Expression 3), σ = 0 and Expression (Expression 4) holds when the state is constrained to the hyperplane.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

Figure 2011043154
Figure 2011043154

故に、スライディングモードが生じているときの線形入力(等価制御入力)は、下式(数5)となる。   Therefore, the linear input (equivalent control input) when the sliding mode occurs is expressed by the following equation (Equation 5).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

上式(数5)の線形入力を拡大系の状態方程式(数2)に代入すると、下式(数6)の等価制御系となる。   Substituting the linear input of the above equation (Equation 5) into the state equation (Equation 2) of the expanded system results in an equivalent control system of the following equation (Equation 6).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Rを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式(数7)が成立する。   Since designing a hyperplane so that this equivalent control system is stable is equivalent to designing a system ignoring the target value R, the following equation (Equation 7) holds.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

上式(数7)の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式(数8)となる。   Taking the stability ε into consideration for the system of the above equation (Equation 7), obtaining the feedback gain using the optimal control theory, and making it a hyperplane, the following equation (Equation 8) is obtained.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

行列Psは、リカッチ方程式(数9)の正定解である。 The matrix P s is a positive definite solution of the Riccati equation (Equation 9).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

リカッチ方程式(数9)におけるQsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。q1、q2は偏差の積分Zに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。q3、q4は出力Yに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式(数9)におけるRsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧0となるように指定する。 Q s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix for control purposes, and is a non-negative definite symmetric matrix. q 1 and q 2 are weights for the integral Z of the deviation, and are determined by the difference in the speed of the frequency response of the control system. q 3 and q 4 are weights for the output Y, and are determined by the difference in the magnitude of the gain. Further, R s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix of the control input and is a positive definite symmetric matrix. ε is a stability margin coefficient and is specified so that ε ≧ 0.

なお、上記式(数8)、(数9)に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式(数10)及び代数リカッチ方程式(数11)を用いてもよい。   Instead of the above equations (Equation 8) and (Equation 9), the following discrete hyperplane construction equation (Equation 10) and algebraic Riccati equation (Equation 11) may be used.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

Figure 2011043154
Figure 2011043154

超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Uを、線形入力Ueqと新たな入力即ち非線形入力(非線形制御入力)Unlとの和として、下式(数12)で表す。 The final sliding mode method is used to design the input for constraining to the hyperplane. Here, the control input U is expressed by the following expression (Equation 12) as the sum of the linear input U eq and a new input, that is, a nonlinear input (nonlinear control input) U nl .

Figure 2011043154
Figure 2011043154

切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式(数13)のように選び、これを微分すると式(数14)となる。   Since it is desired to stabilize the switching function σ, the Lyapunov function for σ is selected as shown in the following equation (Equation 13) and differentiated to obtain the equation (Equation 14).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

Figure 2011043154
Figure 2011043154

式(数12)を式(数14)に代入すると、下式(数15)となる。   Substituting the equation (Equation 12) into the equation (Equation 14) yields the following equation (Equation 15).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

非線形入力Unlを下式(数16)とすると、リアプノフ関数の微分は式(数17)となる。 When the nonlinear input U nl to the following expression (Expression 16), the derivative of the Lyapunov function becomes equation (17).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

Figure 2011043154
Figure 2011043154

従って、切換ゲインkを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードの安定性が保証される。このときの制御入力Uは、下式(数18)である。   Therefore, if the switching gain k is positive, the differential value of the Lyapunov function can be negative, and the stability of the sliding mode is guaranteed. The control input U at this time is expressed by the following equation (Equation 18).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η>0である。   η is a smoothing coefficient introduced to reduce chattering, and η> 0.

スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式(数1)に不確かさ(f+Δf)を加え、下式(数19)で表す。   In the sliding mode control, it is necessary to increase the nonlinear gain in order to constrain the state quantity to the hyperplane. However, if the nonlinear gain is increased, chattering occurs in the control input. Therefore, the uncertainty of the model is divided into a definite part whose structure is unknown and whose parameter is unknown, and an uncertain part whose structure is unknown but whose upper bound is known. Uncertainty (f + Δf) is added to the state equation (Equation 1), and is expressed by the following equation (Equation 19).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

不確かさの確定部分fは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δfのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体(f+Δf)にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。   The uncertainty determination part f is compensated by identifying the unknown parameter θ. In this case, the switching gain is applied only to the uncertain part Δf of the uncertainty, and the chattering of the control input can be greatly reduced as compared with the case where the switching gain is applied to the entire uncertain component (f + Δf).

制御入力Uは、式(数18)に適応項Uadを追加した下式(数20)となる。 The control input U is represented by the following equation (Equation 20) obtained by adding the adaptive term U ad to the equation (Equation 18).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

制御入力(数20)におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数hは、一般には状態量x及び/または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではhをx及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、xを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、h=1とした場合、推定パラメータを下式(数21)に則って同定することができる。 Γ 1 at the control input (Equation 20) is an adaptive gain matrix. The function h is generally a function of the state quantity x and / or the unknown parameter θ. However, in the present embodiment, by making h a simple expression and a constant unrelated to x and θ, x is quickly converged, and θ To increase the adaptation speed. In particular, when h = 1, the estimated parameter can be identified according to the following equation (Equation 21).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

本実施形態では、EGR率y1及び吸気管内圧力y2を制御出力変数とし、EGRバルブ45の開度u1、可変ターボのノズル42の開度u2及びDスロットルバルブ33の開度u3を制御入力変数とした3入力2出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数(システムの次数)は、当初の系(数1)では出力変数の個数と同じく2、拡大系(数2)では4となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。 In the present embodiment, the EGR ratio y 1 and the intake pipe pressure y 2 as a control output variable, the opening degree u 1 of the EGR valve 45, the opening degree u 3 of opening u 2 and D throttle valve 33 of the variable turbo nozzle 42 Performs 3-input 2-output feedback control using as a control input variable. The number of state variables (system order) is 2 in the initial system (Equation 1), and 4 in the expanded system (Equation 2). By specifying the control output and the state quantity in this way, there is no need to install a measuring instrument such as a flow meter at a location where it directly contacts the exhaust gas.

尤も、本実施形態のような3入力2出力のシステムでは、det(SBe)=0が成立し、行列(SBe)は正則とはならない。そこで、逆行列(SBe-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列(SBeを用いる。 However, in a three-input two-output system as in this embodiment, det (SB e ) = 0 holds, and the matrix (SB e ) is not regular. Therefore, the inverse matrix (SB e ) −1 is calculated as a generalized inverse matrix. As the generalized inverse matrix, for example, a Moore-Penrose-type inverse matrix (SB e ) is used.

EGRバルブ45に係る制御入力u1、可変ターボのノズル42に係る制御入力u2、Dスロットルバルブ33に係る制御入力u3はそれぞれ、下式(数22)に示すように線形入力項と非線形入力項と適応項との和である。 The control input u 1 related to the EGR valve 45, the control input u 2 related to the variable turbo nozzle 42, and the control input u 3 related to the D throttle valve 33 are respectively a linear input term and a non-linear input as shown in the following equation (Equation 22). It is the sum of the input term and the adaptive term.

Figure 2011043154
Figure 2011043154

また、式(数12)、式(数18)及び式(数20)より、非線形入力Unlは、下式(数23)で表すことができる。 Further, from the equation (Equation 12), the equation (Equation 18), and the equation (Equation 20), the nonlinear input Unl can be expressed by the following equation (Equation 23).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

状態量ベクトルXe=[xe1e2e3e4Tは、その成分に、制御出力Yとその目標値Rとの偏差の時間積分xe1、xe2と、それ以外のものxe3、xe4とを含んでいる。xe1及びxe3は第一の制御出力たるEGR率y1に係り、xe2及びxe4は第二の制御出力たる吸気管内圧力y2に係り、これら状態変数xe1及びxe3、xe2及びxe4は各制御出力y1、y2毎に個別のものとなっている。また、xe3、xe4は出力方程式(数1)を介して各制御出力y1、y2とそれぞれ結びついている。そして、前述した(数3)により、制御出力Yとその目標値Rとの偏差の時間積分xe1、xe2が大きくなると、σの絶対値が大きくなる。 The state quantity vector X e = [x e1 x e2 x e3 x e4 ] T has, as its components, time integrals x e1 and x e2 of deviation between the control output Y and its target value R, and other x e3 , X e4 . x e1 and x e3 relate to the EGR rate y 1 as the first control output, x e2 and x e4 relate to the intake pipe pressure y 2 as the second control output, and these state variables x e1 and x e3 , x e2 And x e4 are individual for each control output y 1 , y 2 . Further, x e3 and x e4 are respectively connected to the control outputs y 1 and y 2 via the output equation (Equation 1). When the time integrals x e1 and x e2 of the deviation between the control output Y and the target value R are increased according to (Equation 3) described above, the absolute value of σ increases.

図4に、切換関数ベクトルσと下式(数24)で表すJΣとの関係を模式的に例示する。   FIG. 4 schematically illustrates the relationship between the switching function vector σ and JΣ represented by the following equation (Equation 24).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

本実施形態において、σ及びJΣはともに3次元ベクトルであるので、図4は数学的に正確ではない。が、敢えてこの図4に則して述べる(あるいは、σ及びJΣをともにスカラ値と考える)と、JΣはσが増大するにつれて切換ゲインkに漸近する。すなわち、σが大きくなると、図4に示すように、σの変化に対するJΣの感度が鈍くなる。これに起因して、σの変化に対するUnlの感度も鈍くなる。なお、JΣが漸近線kへと近づく変化は、平滑化係数ηが小さいほど急速になり、ηが小さいほど緩慢になる。 In this embodiment, σ and JΣ are both three-dimensional vectors, so FIG. 4 is not mathematically accurate. However, if it is described with reference to FIG. 4 (or σ and JΣ are both considered as scalar values), JΣ gradually approaches the switching gain k as σ increases. That is, as σ increases, the sensitivity of JΣ to changes in σ decreases as shown in FIG. As a result, the sensitivity of U nl to changes in σ becomes dull. The change in which JΣ approaches the asymptotic line k becomes more rapid as the smoothing coefficient η is smaller and becomes slower as η is smaller.

そこで、補正制御部52は、前記切換関数ベクトルσが所定の変化量Δσだけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力Unlの変化量が所定の閾値を下回るという条件が成立した際に、状態変数xe1、xe2の更新を停止する。 Therefore, when the condition that the amount of change of the nonlinear input Unl that occurs when it is assumed that the switching function vector σ has changed by a predetermined change amount Δσ is less than a predetermined threshold is satisfied, The updating of the state variables x e1 and x e2 is stopped.

切換関数ベクトルσの各成分σj(j=1〜3)を所定の最小変化量Δσjだけ変化させることでJΣの各成分JΣjが変化する量をΔJΣjとおくと、σjをΔσjだけ変化させたときの非線形入力Unlの各成分unl1、unl2、unl3の変化量ΔUnl1、ΔUnl2、ΔUnl3は、それぞれ下式(数25)で表すことができる。 By changing each component σ j (j = 1 to 3) of the switching function vector σ by a predetermined minimum change amount Δσ j and setting the amount of change of each component JΣ j of JΣ as ΔJΣ j , σ j becomes Δσ j by each component of the nonlinear input U nl when changing u nl1, u nl2, u variation of nl3 ΔU nl1, ΔU nl2, ΔU nl3 can be respectively expressed by the following equation (equation 25).

Figure 2011043154
Figure 2011043154

そして、補正制御部52は、前記(数25)の各項kijΔJΣjだけ対応する操作部45、42、33への入力を変化させたときの制御出力の変化量Δyijkの絶対値が閾値thkを下回った場合に、その制御出力に対応した偏差の時間積分xe1、xe2の更新を停止する。ここで、前記制御出力の変化量Δyijkは、前記非線形入力の変化量kijΔJΣjをパラメータとして、図5及び図6に示すような入出力特性モデルに基づいて算定することができる。なお、制御出力の変化量Δyijk及び閾値thkの添字kは、制御出力の種別を示しており、k=1であるものはEGR率、k=2であるものは吸気管内圧力を示す。 Then, the correction control unit 52 calculates the absolute value of the control output change amount Δy ijk when the input to the operation units 45, 42, and 33 corresponding to the terms k ij ΔJΣ j of (Equation 25) is changed. When the value falls below the threshold th k , updating of the deviation time integrals x e1 and x e2 corresponding to the control output is stopped. Here, the change amount [Delta] y ijk of the control output as the parameter variation k ij ΔJΣ j nonlinear input can be calculated based on input-output characteristic model, as shown in FIGS. Note that the subscript k of the control output change amount Δy ijk and the threshold value th k indicates the type of the control output, where k = 1 indicates the EGR rate, and k = 2 indicates the intake pipe pressure.

前記閾値thkは、EGR率及び吸気管内圧力それぞれについて、所定の値に設定している。具体的には、ECU5がEGR率及び吸気管内圧力の各々を計数する際の最小桁ビットに相当する大きさの値に設定している。すなわち、切換関数ベクトルσが所定の変化量Δσだけ変化したと仮定した場合に発生するEGR率又は吸気管内圧力の変化が、ECU5が計数不可能な程度にまで小さくなった場合に、状態変数xe1、xe2の更新を停止する。xe1、xe2の更新を停止するとは、直近のxe1、xe2に、現時点でのEGR率及び吸気管内圧力の偏差(r1−y1)、(r2−y2)を加算する積分処理を停止することを意味する。これにより、状態変数xe1、xe2が直近の値にホールドされる。 The threshold th k is set to a predetermined value for each of the EGR rate and the intake pipe pressure. Specifically, the ECU 5 is set to a value corresponding to the smallest digit bit when counting the EGR rate and the intake pipe pressure. That is, when the change in the EGR rate or the intake pipe pressure that occurs when it is assumed that the switching function vector σ has changed by a predetermined change amount Δσ has become so small that the ECU 5 cannot count, the state variable x Stop updating e1 and xe2 . and stops updating the x e1, x e2 is the most recent x e1, x e2, deviation of the EGR rate and the intake pipe pressure at the current time (r 1 -y 1), is added to (r 2 -y 2) It means to stop the integration process. As a result, the state variables x e1 and x e2 are held at the latest values.

また、状態変数xe1、xe2の更新を停止している期間において、前記制御出力とその目標値との偏差(r1−y1)、(r2−y2)の正負が変化した際には、状態変数xe1、xe2の更新すなわち積分処理を再開する。 Further, when the positive and negative deviations (r 1 −y 1 ) and (r 2 −y 2 ) between the control output and the target value change during a period in which updating of the state variables x e1 and x e2 is stopped , The updating of the state variables x e1 and x e2 , that is, the integration process is resumed.

ECU5には、上述したような制御を行うためのプログラムを内蔵している。以下に、このプログラムが実行する制御の手順をフローチャートである図7を参照しつつ述べる。なお、このプログラムは、所定時間が経過する毎に繰り返し実行される。   The ECU 5 has a built-in program for performing the control as described above. Hereinafter, the control procedure executed by the program will be described with reference to FIG. 7 which is a flowchart. This program is repeatedly executed every time a predetermined time elapses.

まず、ステップS1において、状態量ベクトルXeの各成分を取得する。すなわち、EGR率の目標値との偏差の時間積分xe1と、吸気管内圧力の目標値との偏差の時間積分xe2と、EGR率xe3と、吸気管内圧力xe4とを取得する。 First, in step S1, to obtain the components of the state vector X e. That is, the time integration x e1 of deviation from the target value of the EGR rate, the time integration x e2 of deviation from the target value of the intake pipe pressure, the EGR rate x e3, and the intake pipe pressure x e4 are acquired.

ステップS2では、前記(数3)により切換関数ベクトルσを算出する。   In step S2, the switching function vector σ is calculated by the above (Equation 3).

ステップS3では、状態変数xek(k=1〜2)の更新が既に停止されているか否かを判定する。状態変数xekの更新が停止されていない場合には、ステップS4に進む。一方、状態変数xekの更新が停止されている場合には、ステップS8に進む。 In step S3, it is determined whether or not the update of the state variable x ek (k = 1 to 2) has already been stopped. If the update of the state variable x ek has not been stopped, the process proceeds to step S4. On the other hand, when the update of the state variable x ek is stopped, the process proceeds to step S8.

ステップS4では、前記切換関数ベクトルσが所定の変化量Δσだけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力Unlの変化量の各成分kijΔJΣiを算出する。ΔσとΔJΣiとの対応関係は、図4に示しているとおりである。 In step S4, each component k ij ΔJΣ i of the change amount of the nonlinear input U nl generated when it is assumed that the switching function vector σ has changed by a predetermined change amount Δσ is calculated. Correspondence between Δσ and Derutajeishiguma i is as is shown in FIG.

ステップS5では、各操作部45、42、33への入力をkijΔJΣiだけ変化したと仮定したときに生じる制御出力の変化量Δyijkを算出する。ここで、制御出力の変化量Δyijkの算出は、以下のようにして行う。 In step S5, a change amount Δy ijk of the control output that occurs when it is assumed that the input to each operation unit 45, 42, 33 has changed by k ij ΔJΣ i is calculated. Here, the change amount Δy ijk of the control output is calculated as follows.

ECU5のROMまたはフラッシュメモリには予め、プラントの入出力特性を示すマップが記憶されている。マップの概要を、図5に例示している。マップは、EGRバルブ45の開度とEGR率との関係を表したマップ、ノズルベーン42の開度とEGR率との関係を表したマップ、スロットルバルブ33の開度とEGR率との関係を表したマップ、EGRバルブ45の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、ノズルベーン42の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、スロットルバルブ33の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、都合6枚が存在する。但し、ノズルベーン42の開度u2及びDスロットルバルブの開度u3については、制御入力値u2、u3が大きい(グラフの右方)側がバルブの閉止、制御入力値u2、u3が小さい(グラフの左方)側がバルブの開放を意味している。 A map indicating the input / output characteristics of the plant is stored in advance in the ROM or flash memory of the ECU 5. An overview of the map is illustrated in FIG. The map shows the relationship between the opening of the EGR valve 45 and the EGR rate, the map showing the relationship between the opening of the nozzle vane 42 and the EGR rate, and the relationship between the opening of the throttle valve 33 and the EGR rate. A map representing the relationship between the opening of the EGR valve 45 and the pressure in the intake pipe, a map representing the relationship between the opening of the nozzle vane 42 and the pressure in the intake pipe, and the relationship between the opening of the throttle valve 33 and the pressure in the intake pipe. There are 6 maps showing the relationship. However, the degree of opening u 2 and opening u 3 of the D throttle valve of the nozzle vane 42, is greater control input value u 2, u 3 (right graph) side closure of the valve, the control input value u 2, u 3 The small side (left side of the graph) means that the valve is open.

補正制御部52は、これらマップデータを基に、各操作部への非線形入力Unlが前記(数25)のkijΔJΣiだけ変化した際の制御出力の変化量Δyijkを算出する。一例として、EGRバルブ45の開度がk1jΔJΣiにだけ変動するとの仮定の下では、図6に示すように、EGRバルブ45の開度とEGR率との関係を表したマップを参照して、入力の変化量k1jΔJΣiに対応するEGR率の変化量Δyij1を知得できる。並びに、図示はしないが、EGRバルブ45の開度の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップを参照して、入力の変化量k1jΔJΣiに対応するEGR率の変化量Δyij2を知得できる。 Based on these map data, the correction control unit 52 calculates the change amount Δy ijk of the control output when the nonlinear input U nl to each operation unit changes by k ij ΔJΣ i of the above (Equation 25). As an example, under the assumption that the opening degree of the EGR valve 45 fluctuates only by k 1j ΔJΣ i , a map showing the relationship between the opening degree of the EGR valve 45 and the EGR rate is referred to as shown in FIG. Te can Chitoku the variation [Delta] y ij1 of EGR rate corresponding to the amount of change k 1j ΔJΣ i input. Although not shown, with reference to a map showing the relationship between the opening degree of the EGR valve 45 and the pressure in the intake pipe, the change amount Δy ij2 of the EGR rate corresponding to the input change amount k 1j ΔJΣ i. Can be known.

さらに、ノズルベーン42の開度とEGR率との関係を表したマップ、ノズルベーン42の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップ、スロットルバルブ33の開度とEGR率との関係を表したマップ、及びスロットルバルブ33の開度と吸気管内圧力との関係を表したマップを同様に参照すれば、入力の変化量kijΔJΣiに対応するEGR率の変化量Δyijk(i=1〜3、j=1〜3、k=1〜2)をそれぞれ知得できる。 Furthermore, a map showing the relationship between the opening degree of the nozzle vane 42 and the EGR rate, a map showing the relationship between the opening degree of the nozzle vane 42 and the intake pipe pressure, and the relationship between the opening degree of the throttle valve 33 and the EGR rate. Similarly, referring to the map and the map representing the relationship between the opening degree of the throttle valve 33 and the intake pipe pressure, the change amount Δy ijk (i = 1 to 1) of the EGR rate corresponding to the input change amount k ij ΔJΣ i . 3, j = 1 to 3 and k = 1 to 2).

ステップS6では、制御出力の変化量Δyijk(i=1〜3、j=1〜3、k=1〜2)の何れかの絶対値|Δyijk|が閾値thkを下回っているか否かを判定する。|Δyijk|が閾値thkを下回っている成分がある場合には、ステップS7に進む。一方、|Δyijk|が閾値thkを下回っている成分がない場合には、ステップS8に進む。 In step S6, whether or not the absolute value | Δy ijk | of the change amount Δy ijk (i = 1 to 3, j = 1 to 3, k = 1 to 2) of the control output is below the threshold th k . Determine. If there is a component in which | Δy ijk | is below the threshold th k , the process proceeds to step S7. On the other hand, if there is no component for which | Δy ijk | is less than the threshold th k , the process proceeds to step S8.

ステップS7では、|Δyijk|が閾値thkを下回っている制御出力ykに係る状態変数xekの更新を停止する。 In step S7, updating of the state variable x ek related to the control output y k for which | Δy ijk | is less than the threshold th k is stopped.

ステップS8では、状態変数xe1、xe2を更新する。 In step S8, the state variables x e1 and x e2 are updated.

ステップS9では、状態変数xek(k=1〜2)の更新を停止している状態での処理であって、当該状態変数xekに対応した制御出力ykとその目標値rkとの偏差(rk−yk)の正負が変化したか否かを判定する。偏差(rk−yk)の正負が変化している場合には、ステップS7に進む。すなわち、対応する状態変数xekの更新を再開する。偏差(rk−yk)の正負が変化していない場合には、ステップS8に進む。すなわち、引き続き対応する状態変数xekの更新の停止を維持する。 In step S9, a process in a state that stops updating the state variable x ek (k = 1~2), the control output y k corresponding to the state variable x ek and the target value r k It is determined whether or not the sign of the deviation (r k −y k ) has changed. If the deviation (r k −y k ) has changed, the process proceeds to step S7. That is, the update of the corresponding state variable x ek is resumed. If the sign of the deviation (r k −y k ) has not changed, the process proceeds to step S8. That is, the stop of updating of the corresponding state variable x ek is continuously maintained.

なお、このプログラムでは、EGR率、吸気管内圧力の各々について個別に、ステップS3における状態変数xekの更新が停止されているか否かの判定、ステップS6における出力ykの変化量|Δyijk|が閾値thkを下回っているか否かの判定、及び、ステップS9における偏差(rk−yk)の正負が変化しているか否かの判定を行う。そして、|Δyijk|がthkを下回った制御出力ykに対応する状態変数xekのみ、更新を停止する。 In this program, for each of the EGR rate and the intake pipe pressure, it is determined whether or not the update of the state variable x ek in step S3 is stopped, and the change amount of the output y k in step S6 | Δy ijk | Is less than the threshold value th k and whether or not the sign of the deviation (r k −y k ) in step S9 has changed is determined. Then, only the state variable x ek corresponding to the control output y k whose | Δy ijk | is less than th k is stopped.

以上に述べたように、本実施形態では、前記切換関数ベクトルσが所定の変化量Δσだけ変化したと仮定した時に生じる前記非線形入力Unlの変化量に対応する制御出力の変化量が所定の閾値thkを下回るという条件が成立した際、すなわち、状態変数が前記非線形入力Unlに与える影響が無視できる領域に達した際に状態変数の更新を停止することにより、切換関数ベクトルσの各成分の絶対値の増大を抑制する。その上で、状態変数の更新を停止している期間において制御出力とその目標値との偏差の正負が変化した際に状態変数の更新を再開することにより、非線形入力Unlの値を偏差の正負が変化する以前と逆方向に速やかに変化させることができる。従って、過渡域での制御性、及び排気ガスの改善を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, the change amount of the control output corresponding to the change amount of the nonlinear input Unl generated when it is assumed that the switching function vector σ has changed by the predetermined change amount Δσ is a predetermined amount. When the condition that the threshold value is below the threshold th k is satisfied, that is, when the state variable reaches a region where the influence on the nonlinear input Unl can be ignored, the update of the state variable is stopped, thereby Suppresses the increase in the absolute value of the component. On top of that, by resuming the updating of the state variables when the positive and negative changes of the deviation of the control output during the period that stops updating the state variable and the target value, the value of the deviation of the non-linear input U nl It can be quickly changed in the reverse direction before the change in positive and negative. Therefore, controllability in the transition region and exhaust gas can be improved.

また、前記状態変数たる偏差の時間積分xe1、xe2及び閾値thkを制御出力ごとに設定し、前記偏差の時間積分xe1、xe2の更新の停止及び再開を状態変数ごとに行っているので、一方の状態変数の更新を停止しても、他方の状態変数の更新は続行できる。すなわち、一方の状態変数の更新を停止することによる他方の状態変数に対応する制御出力の制御への悪影響を防止できる。 The deviation time integrals x e1 and x e2 and the threshold th k are set for each control output, and the updating of the deviation time integrals x e1 and x e2 is stopped and restarted for each state variable. Therefore, even if the update of one state variable is stopped, the update of the other state variable can be continued. That is, it is possible to prevent an adverse effect on the control of the control output corresponding to the other state variable by stopping the update of the one state variable.

さらに、前記閾値thkと比較する対象である制御出力の変化量Δyijkを前述した(数25)の各項kijΔJΣiごとに設定しているとともに、前記非線形入力の変化量kijΔJΣiに対応する制御出力の変化量Δyijkのうち、いずれか1つの成分の変化量が所定の閾値thkを下回るという条件が成立した際に前記偏差の時間積分xe1、xe2の更新を停止するようにしているので、切換関数ベクトルσの各成分の絶対値が極端な値をとる前に、その増大を阻止することができる。 Further, the change amount Δy ijk of the control output to be compared with the threshold value th k is set for each term k ij ΔJΣ i of the above-described (Equation 25) and the change amount k ij ΔJΣ of the nonlinear input. When the condition that the change amount of any one of the control output change amounts Δy ijk corresponding to i falls below a predetermined threshold th k is satisfied, the deviation time integrals x e1 and x e2 are updated. Since it is stopped, the increase can be prevented before the absolute value of each component of the switching function vector σ takes an extreme value.

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、上述した実施形態では、前記閾値を操作部ごとに設定しているとともに、状態変数の更新を停止する条件を成分ごとに設定し、その非線形入力のいずれか1つの成分の変化量の絶対値が前記閾値を下回る場合に状態変数の更新を停止するようにしているが、例えば、前記非線形入力の各成分の変化量の平均値が前記閾値を下回る場合に状態変数の更新を停止するようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the threshold value is set for each operation unit, the condition for stopping the update of the state variable is set for each component, and the absolute value of the change amount of any one of the nonlinear inputs is set. The update of the state variable is stopped when the value is lower than the threshold value. For example, the update of the state variable is stopped when the average value of the amount of change of each component of the nonlinear input is lower than the threshold value. It may be.

さらに、EGR制御における制御入力変数は、EGRバルブ開度、可変ターボのノズルの開度、及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、EGR率(または、EGR量)及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、4入力3出力の3次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機(のコンプレッサ)をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。   Further, the control input variables in the EGR control are not limited to the EGR valve opening, the variable turbo nozzle opening, and the throttle valve opening. The control output variable is not limited to the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure. It is also possible to construct a tertiary system with four inputs and three outputs by adding new input variables and output variables. For example, when a passage that bypasses the supercharger (compressor) is present in the intake system, a valve provided on the passage may be operated. At this time, the pressure or flow rate in the bypass passage can be included in the control output variable, and the opening of the valve on the bypass passage can be included in the control input variable.

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。   In addition, various changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

5…ECU(制御装置)
51…スライディングモードコントローラ
52…補正制御部
5 ... ECU (control device)
51 ... Sliding mode controller 52 ... Correction control unit

Claims (3)

内燃機関またはそれに付帯する装置を制御するものであって、
制御出力とその目標値との偏差の時間積分を状態変数とし、その状態変数を参照して線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラと、
前記状態変数に基づき算出される切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量の絶対値が所定の閾値を下回るという条件が成立した際に状態変数の更新を停止するとともに、状態変数の更新を停止している期間において前記制御出力とその目標値との偏差の正負が変化した際に状態変数の更新を再開する補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置。
Controlling an internal combustion engine or a device attached thereto,
A sliding mode controller that takes a time integration of a deviation between a control output and a target value as a state variable, and repeatedly calculates a linear input and a nonlinear input with reference to the state variable;
A condition that the absolute value of the change amount of the control output corresponding to the change amount of the nonlinear input that occurs when it is assumed that the switching function vector calculated based on the state variable has changed by a predetermined change amount is below a predetermined threshold value. When the condition variable is satisfied, the update of the state variable is stopped, and the update of the state variable is resumed when the sign of the deviation between the control output and the target value changes in the period when the update of the state variable is stopped. And a control unit.
複数の制御出力を制御するとともに、前記状態変数及び閾値を制御出力ごとに設定しているものであって、
前記状態変数の更新の停止及び再開を状態変数ごとに行う請求項1記載の制御装置。
While controlling a plurality of control outputs, the state variables and thresholds are set for each control output,
The control device according to claim 1, wherein the state variable is stopped and restarted for each state variable.
内燃機関またはそれに付帯する装置を、複数の操作部を操作して制御しているとともに、前記閾値と比較する対象の前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量を操作部ごとに設定しているものであって、
前記状態変数に基づき算出される切換関数ベクトルが所定の変化量だけ変化したと仮定したときに生じる前記非線形入力の変化量に対応する制御出力の変化量のうち、いずれか1つの操作部に対応する成分の変化量が所定の閾値を下回るという条件が成立した際に状態変数の更新を停止することを特徴とする請求項1又は2記載の制御装置。
The internal combustion engine or the device attached thereto is controlled by operating a plurality of operation units, and a control output change amount corresponding to the non-linear input change amount to be compared with the threshold value is set for each operation unit. And what
Corresponds to any one of the operation outputs of the change amount of the control output corresponding to the change amount of the nonlinear input generated when it is assumed that the switching function vector calculated based on the state variable has changed by a predetermined change amount. The control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the update of the state variable is stopped when a condition that the amount of change of the component to be performed falls below a predetermined threshold is satisfied.
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